Reduktionsprozesse von Schwefelwasserstoff
Dieser Artikel beleuchtet die Reduktionsprozesse von Schwefelwasserstoff. Die Minderungsprozesse sind: 1. Trockene Prozesse und 2. Nassprozesse.
Vermeidungsprozess Nr. 1. Trockene Prozesse :
Das Trockenverfahren zur Entfernung von H 2 S aus einem Abgas wird durchgeführt, indem H 2 S mit aktiviertem Eisenoxid umgesetzt wird. Das Reaktionsprodukt ist Eisensulfid.
Fe 2 O 3 + 3 H 2 S -> Fe 2 S 3 + 3 H 2 O …………… .. (5.51)
Das Verfahren kann entweder in einem Festbettreaktor oder einem Fließbettreaktor durchgeführt werden.
A. Festbettverfahren :
Der Prozess wird in zwei Schritten durchgeführt. Während der ersten Stufe wird das mit H 2 S beladene Gas bei Umgebungstemperatur durch ein Bett geleitet, das reaktives Eisenoxid (a- und y-Formen) enthält, das mit einigen faserigen oder körnigen Materialien vermischt ist, die mit etwa 40% Wasser befeuchtet sind.
Wenn ein wesentlicher Teil des Eisenoxids zu Sulfid umgewandelt wurde, wird der Abgasstrom abgeschaltet und die zweite Stufe des Betriebs gestartet. Während dieser Stufe wird Luft bei Umgebungstemperatur durch das Bett geleitet, was zur Regeneration von Eisenoxid und zur Freisetzung von elementarem Schwefel gemäß der nachstehenden Reaktion führt:
2 Fe 2 S 3 + 3 O 2 -> 2 Fe 2 O 3 + 6S …………… .. (5.52)
Der freigesetzte elementare Schwefel kann durch Lösungsmittelextraktion gewonnen werden. Für einen reibungslosen Ablauf dieses Verfahrens sind mindestens zwei Betten erforderlich, so dass, wenn in einem Bett die Reduktionsreaktion stattfindet, das andere Bett regeneriert wird.
B. Wirbelschichtverfahren :
In diesem Aufbau sind zwei zirkulierende Wirbelschichten erforderlich. Im ersten Bett reagiert H 2 S mit Wirbelgranulat aus aktiviertem Eisenoxid bei etwa 340 bis 360 ° C. Aus diesem Bett fließen die Körner, die Eisensulfid und nicht umgesetztes Eisenoxid enthalten, in das zweite Bett, wo die Sulfidteilchen bei etwa 800 ° C geröstet werden, um Eisenoxid zu regenerieren und S als SO 2 zu gewinnen . Die Eisenoxidpartikel werden in das erste Bett zurückgeführt und SO 2 wird zu einer Säureanlage geschickt.
Vermeidungsprozess Nr. 2. Nassprozesse :
Es gibt viele Nassverfahren zur Entfernung von H 2 S aus einem Abgas. Einige dieser Prozesse werden im Folgenden beschrieben.
A. Girbotol-Prozess:
Dieses Verfahren besteht aus der Absorption von H 2 S in einer Aminlösung und anschließendes Abstreifen des gelösten H 2 S mit Dampf. Das in einer bestimmten Situation zu verwendende Amin hängt davon ab, ob das Abgas neben H 2 S COS und / oder CO 2 enthält.
Eine 15-20% ige wässrige Monoethanolaminlösung kann verwendet werden, wenn das zu waschende Gas kein COS enthält, da COS Diethanolharnstoff bildet, der hitzestabil ist. Da Monoethanolamin einen hohen Dampfdruck aufweist, muss das durch indirekte Dampfheizung der imprägnierten Lösung regenerierte H 2 S zur Gewinnung des mitgerissenen Amins gewaschen werden.
Das Waschen kann mit Wasser erfolgen, aber wenn H 2 S als trockenes Gas gewonnen werden soll, sollte entweder Ethylenglykol oder Triethenylenglykol als Waschflüssigkeit anstelle einer Monoethanolaminlösung verwendet werden. Da Monoethanolamin auch CO 2 absorbiert, ist es in Gegenwart von CO 2 kein geeignetes Absorptionsmittel.
Diethanolamin ist ein besseres Absorptionsmittel als Monoethanolamin, da sein Dampfdruck geringer ist als der von Monoethanolamin. Diethanolamin kann auch verwendet werden, wenn COS zusammen mit H 2 S vorhanden ist, da COS keinen Diethanolharnstoff bildet. Wenn ein zu waschendes Abgas sowohl H 2 S als auch CO 2 enthält, sollte eine 30% ige wässrige Lösung von Triethanolamin oder Methyldiethanolamin zur selektiven Absorption von H 2 S verwendet werden.
B. Kaliumphosphatverfahren:
Wenn CO 2 zusammen mit H 2 S vorhanden ist, kann eine 40% ige wässrige Kaliumphosphatlösung als Absorbens verwendet werden. Diese Lösung absorbiert bevorzugt H 2 S. Aus der imprägnierten Lösung wird H 2 S mit Frischdampf gestrippt.
C. Natriumcarbonat-Verfahren :
Wenn H 2 S nicht von CO 2 begleitet ist, kann eine 3 bis 3, 5% ige wässrige Na 2 CO 3 als Absorbens verwendet werden.
Während der Absorption werden Natriumhydrogensulfid und Natriumbicarbonat gebildet:
Na 2 CO 3 + H 2 S Na HCO 3 + Na HS …………… .. (5.53)
Zur Regenerierung von Carbonat und zur Rückgewinnung von H 2 S wird die verbrauchte Lösung unter Vakuum mit Wasserdampf gestrippt. Ein alternatives Verfahren zur Regeneration der verbrauchten Lösung besteht darin, sie in Gegenwart von etwa 0, 5% Eisenoxid in Suspension mit Sauerstoff zu oxidieren, wodurch Na 2 CO 3 regeneriert wird und elementarer Schwefel ausfällt.
Ein alternatives Verfahren (wenn CO 2 zusammen mit H 2 S vorhanden ist) ist die Verwendung von Ammoniumcarbonatlösung zur Absorption anstelle von Natriumcarbonatlösung. Zur Regeneration der verbrauchten Lösung wird die Oxidation mit Sauerstoff in Gegenwart von Fe 2 O 3 durchgeführt . Ein anderes alternatives Verfahren (Thylox-Verfahren) verwendet Natriumthioarsenatlösung als Absorptionsmittel. Bei diesen Verfahren für die Oxidations-Regenerierungsreaktion ist kein Katalysator erforderlich.
Die Reaktionen können wie folgt dargestellt werden:
Absorptionsreaktion :
Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S -> Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O …………… .. (5.55)
Regenerationsreaktion :
Na 4 As 2 S 6 O + ½ O 2 -> Na 4 As 2 S 5 O 2 + S …………… .. (5.56)
D. Stretford-Prozess :
Der Stretford-Prozess ist ein H 2 S-selektiver Prozess. Es kann den restlichen H 2 S-Gehalt in einem behandelten Gas auf ein sehr niedriges Niveau reduzieren. Die Betriebstemperatur ist relativ niedrig und liegt bei etwa 40 ° C. Das in diesem Verfahren zur Entfernung von H 2 S verwendete Absorptionsmittel ist eine wässrige alkalische Lauge, die Natriumcarbonat, Bicarbonat, Vanadat und Natriumsalz von Anthrachinondisulfonsäure (ADA) mit einem pH-Wert im Bereich von 8, 5 bis 9, 5 enthält.
Das zu behandelnde Gas wird im Gegenstrom mit der Lösung in einem Absorber gewaschen, wo praktisch der größte Teil des H 2 S entfernt wird. Der restliche H 2 S-Gehalt kann weniger als 1 ppm betragen.
Vom Absorber fließt die Lösung in ein Oxidationsmittel (Reaktionsbehälter), in dem die Regeneration des Absorptionsmittels und die Bildung von elementarem Schwefel durch inniges Mischen mit Luft stattfinden.
In dem Oxidationsmittel erzeugter elementarer Schwefel wird durch Flotation abgetrennt und als Schaum mit etwa 10 Gew .-% Feststoff entfernt. Die regenerierte Lösung wird nach Entfernung von Schwefel in den Absorber zurückgepumpt.
E. LO-CAT-Prozess:
Es wird behauptet, dass dieses Verfahren am besten zur Entfernung von H 2 S geeignet ist, wenn es in einem Abgasstrom in ppm vorliegt. Es wurde entwickelt, um Geruchsprobleme aufgrund der Anwesenheit von H 2 S zu beseitigen. Dies ist ein Flüssigphasen-Reduktions-Oxidationsverfahren, das zur Umwandlung von H 2 S in elementaren Schwefel führt.
Die Waschflüssigkeit ist eine verdünnte wässerige Lösung mit einem organischen Chelat-Eisen. Das Eisen oxidiert H 2 S, während es selbst reduziert wird. Die verbrauchte Lösung aus dem Wäscher wird dann mit Luft oxidiert, wodurch das Absorbens zur Wiederverwendung regeneriert wird und elementarer Schwefel erzeugt wird.
Dieser Prozess ist H 2 S-spezifisch. Andere schwefelhaltige Verbindungen wie COS, CS 2, Mercaptane werden nicht entfernt. Es kann H 2 S im behandelten Gas auf ein sehr niedriges Niveau reduzieren. Es ist den anderen Oxidations-Reduktionsverfahren aufgrund seiner höheren katalytischen Aktivität und seiner Toxizität überlegen.
Von den verschiedenen verfügbaren H & sub2; S-Verminderungsverfahren ist dieses Verfahren insbesondere für die Behandlung eines großen Gasstroms mit niedrigem H & sub2; S-Gehalt als ziemlich wirtschaftlich befunden worden.
F. Cataban-Prozess :
Das in diesem Verfahren verwendete katalytische Mittel ist eine wässrige Lösung, die 2 bis 4% chelatiertes Eisen (III) -eisen enthält. Das Chelat kann über einen weiten Bereich von pH 1, 0 bis 11, 0 und einen Temperaturbereich von unter Umgebungstemperatur bis etwa 130 ° C verwendet werden, da es über den oben genannten Bereich stabil ist. Während des Prozesses oxidiert Eisen (III) -Ion H 2 S zu elementarem Schwefel und wird selbst zu Eisen (II) -Ionen reduziert. Gleichzeitig findet eine Luftoxidation von Eisenionen zu Eisenionen statt.
Die Reaktionen können dargestellt werden als:
2 Fe 3+ + H 2 S -> 2 Fe 2+ + S + 2 H + …………… .. (5.57)
2 Fe 2+ + ½O 2 + H 2 O -> 2 Fe 3+ + 2 OH - …………… .. (5.58)
Dieses Verfahren kann insbesondere zur Verminderung von H 2 S bei niedriger Konzentration verwendet werden, wenn das Ziel nicht darin besteht, Schwefel zu gewinnen. Wenn der einströmende Gasstrom Sauerstoff enthält, wäre für die Oxidation von Eisenionen keine Belüftung erforderlich.
G. Giammarco-Vetrocoke-Prozess :
Eine Lösung aus Kaliumcarbonat, die Kaliumarsenat enthält, wird zur Absorption von H 2 S im Giammarco-Vetrocoke-Verfahren verwendet. Es dient zur Entfernung von H 2 S aus Koksofengas, Synthesegas sowie Erdgas. Der H 2 S-Gehalt des behandelten Gases kann selbst in Gegenwart von CO 2 bei einer hohen Konzentration und einer Betriebstemperatur nahe 150 ° C so niedrig wie 1 ppm sein.
Zur Regeneration der Ablauge wird sie mit O 2 (Luft) oxidiert. Elementarer Schwefel wird als Endprodukt hergestellt.
Die chemischen Reaktionen, die während des Absorptionsregenerationsprozesses stattfinden, können wie folgt zusammengefasst werden:
KH 2 AsO 3 + 3H 2 S -> KH 2 Wie S 3 + 3 H 2 O …………… .. (5.59)
KH 2 As S 3 + 3 KH 2 As O 4 -> 3 KH 2 As O 3 S + KH 2 As O 3 ... (5, 60)
3 KH 2 Als O 3 S -> 3 KH 2 Als O 3 + 3 S …………… .. (5.61)
3 KH 2 Als O 3 + 1 ½ O 2 -> 3 KH 2 Als O 4 …………… .. (5.62)
Der tatsächliche Reaktionsmechanismus und die Reaktionsschritte sind komplex und die Gesamtreaktion kann als ausgedrückt werden
3H 2 S + 1 ½ O 2 -> 3 S + 3 H 2 O …………… .. (5, 63)
Die Aufgabe von Carbonat besteht darin, den richtigen pH-Wert aufrechtzuerhalten.
